#Startup3D: MatterWave utiliza ondas mecánicas para manejar la impresión 3D en metal

La impresión 3D en metal ha alcanzado un alto nivel de eficacia a la hora de fundir el polvo, pero lo que ocurre cuando ese metal se enfría y se solidifica se ha dejado, en gran medida, al azar. Para cualquiera que trabaje en la fusión láser por lecho de polvo (LPBF), el resultado es bien conocido: tensiones residuales, agrietamiento, variabilidad entre piezas y una larga cadena de tratamientos térmicos y ensayos de homologación. Esto también significa que, a día de hoy, solo se pueden imprimir de forma fiable unas pocas aleaciones.

La startup estadounidense MatterWave quiere tomar el control de esa fase de enfriamiento. Su módulo de adaptación, Daedalus, se coloca en la placa de impresión de una impresora 3D de metal ya existente y envía vibraciones mecánicas ajustadas al baño de fusión a medida que este se solidifica, dando forma a la estructura cristalina del metal en tiempo real. En su candidatura al premio para pymes, MatterWave informa de que los primeros resultados muestran una mejora de hasta 10 veces en la vida útil frente a la fatiga en comparación con las impresiones convencionales.

Hablamos con Alex Tiliță, CEO y cofundador de MatterWave, sobre cómo funciona la tecnología, por qué la empresa optó por la adaptación en lugar de fabricar su propia impresora y qué materiales podría hacer accesibles. ¡No te lo pierdas!

De un laboratorio de Hong Kong a un módulo de adaptación

Originario de Rumanía, Tiliță lleva más de quince años investigando la fabricación aditiva metálica, incluyendo un doctorado y un posdoctorado en la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong. Se propuso comprender por qué esta tecnología, a pesar de su potencial, se utilizaba tan poco en la producción. Basándose en su formación en física de ondas, llegó a la conclusión de que problemas como la baja resistencia a la fatiga, la escasa repetibilidad y la necesidad de tratamiento térmico podían atribuirse a la forma en que se forma la estructura cristalina del metal al enfriarse.

MatterWave se propuso inicialmente construir su propia impresora 3D de metal en Hong Kong. Tras trasladarse a EE. UU., el equipo llegó a la conclusión de que las máquinas LPBF comerciales ya eran capaces y estaban bien documentadas, y que no había necesidad de reinventar la rueda. «Así que nos centramos simplemente en: ¿cuál es nuestra especialidad principal? ¿Qué es lo que nadie más en el planeta puede hacer y nosotros sí?», explicó Tiliță.

Cómo funciona Daedalus

Los fabricantes de impresoras se han vuelto muy hábiles a la hora de calentar el polvo metálico, pero la transición de líquido a sólido ha seguido siendo en gran medida pasiva, según Tiliță. Daedalus está diseñado para hacerla activa. El módulo, que es esencialmente una pila de transductores, introduce vibraciones a una frecuencia y amplitud específicas mientras se solidifica el baño de fusión, influyendo en cómo se nuclean y se alinean los cristales. La frecuencia se ajusta a cada material, en función de sus propiedades termomecánicas y otros parámetros.

Estas vibraciones son fonones, el equivalente mecánico de los fotones, de ahí el nombre de la empresa. Dado que el módulo solo tiene que ajustarse al espacio de impresión, MatterWave afirma que puede adaptarse a prácticamente cualquier impresora 3D de metal. Las ventajas son mayores en los procesos que funden el material, como el LPBF y la deposición de energía directa (DED).

Abriendo la puerta a nuevas aleaciones

Una de las mayores promesas de esta tecnología es el acceso a materiales que, en la actualidad, son demasiado propensos a agrietarse como para imprimirlos. Tiliță explicó que el agrietamiento suele deberse a la forma en que se forman los cristales. En los aceros con alto contenido en carbono, por ejemplo, el carbono atrapado en la red cristalina genera tensiones que hacen que el material sea frágil. Con Daedalus, los cristales se forman antes, lo que da tiempo a los elementos de aleación para difundirse fuera de la red cristalina, dejando una estructura menos sometida a tensiones, más dúctil y elástica.

En la reciente Conferencia Internacional sobre Fabricación Avanzada (ICAM) celebrada en Orlando, los clientes potenciales mostraron interés por aleaciones como el aluminio 7075, el Hastelloy, el Inconel 738, 939 y 247, y los aceros para herramientas, afirmó. «Con la fabricación aditiva metálica, literalmente acabamos de dar los primeros pasos en cuanto a los materiales que actualmente somos capaces de imprimir en 3D correctamente», señaló. «Hay muchos estudios y todo el mundo está desarrollando nuevas aleaciones que se puedan imprimir más fácilmente… pero nosotros contamos con muchas otras aleaciones que conocemos bien y en las que estamos trabajando».

Superar el cuello de botella de la homologación

MatterWave ha instalado Daedalus en una EOS M 290 y está iniciando una serie completa de pruebas de homologación para el Inconel 718, en el marco de un contrato recientemente adjudicado dirigido al sector aeroespacial. El objetivo es demostrar de forma concluyente que la tecnología puede reducir la carga que suponen el tratamiento térmico y la homologación, lo que Tiliță describe como una de las principales barreras planteadas por la industria en ICAM.

La homologación de un proceso de fabricación aditiva metálica suele llevar entre uno y dos años y puede costar alrededor de un millón de dólares o más, según sus estimaciones. Gran parte de ello se debe a la variabilidad: las propiedades pueden diferir entre máquinas, geometrías e incluso posiciones en la misma placa de impresión. Al reducir esa variabilidad, MatterWave espera agilizar la homologación y, con el tiempo, hacer posible el tipo de muestreo estadístico que se utiliza en la fabricación de automóviles.

El objetivo a largo plazo es reducir gradualmente la necesidad de posprocesamientos como el alivio de tensiones, el prensado isostático en caliente (HIP) y otros tratamientos térmicos, imprimiendo directamente en la pieza las propiedades mecánicas deseadas. MatterWave denomina a esto «materia programable». Tiliță reconoce que se trata de un objetivo ambicioso que llevará tiempo.

¿Qué le depara el futuro a MatterWave?

A pesar de más de una década de investigación, MatterWave se describe a sí misma como una empresa en fase inicial. Este año, comenzó a trabajar como subcontratista en un proyecto subvencionado por el programa Small Business Innovation Research del Gobierno de EE. UU. Desde que Tiliță publicó su primer trabajo sobre este enfoque en 2017, grupos de investigación de todo el mundo lo han validado en diferentes máquinas, materiales y rangos de frecuencia, afirma. La empresa está validando ahora sus afirmaciones comerciales y estima que el lanzamiento podría tener lugar dentro de unos dos años.

Cuando se le pidió que expresara sus reflexiones finales, Tiliță respondió con una sola palabra: emoción. «Estoy emocionado por el futuro, porque lo que potencialmente estamos desatando puede hacer florecer realmente al sector en su conjunto», afirmó.

Para obtener más información sobre MatterWave, visita su página web AQUÍ.

¿Podrían las adaptaciones como Daedalus ser la clave para dar paso a nuevas aleaciones para la impresión 3D en metal? Si quieres seguir descubriendo las últimas novedades en fabricación aditiva, visita nuestro canal de Youtube y síguenos en Facebook y LinkedIn.

*Foto de portada: El director ejecutivo de MatterWave, Alex Tiliță, junto a la EOS M 290, equipada con Daedalus. Crédito de la foto: MatterWave